混合动力摩托车及其控制电路

混合动力摩托车及其控制电路 12 11赵勇峰 李波军沈瑜铭 俞小莉 ()1 - 浙江大学机械与能源工程学院 杭州 310027 2 - 中国星月集团 摘 要 : 阐述了混合动力摩托车动力系统的结构形式和匹配关系 。摩托车行驶过程中 ,发动机始终工 作在最优工况点附近 ,当道路阻力增大时 ,蓄电池驱动电机运转 ,以补充发动机动力的不足 :电机也可作 () 为发电机 ,以回收发动机过剩的功率 : 控制电路在蓄电池和电机之间进行直 - 直 DC - DC电压转换 。 根据控制器的工作原理 ,提出了一种结构简单 、转换效率高的变换器拓扑 ,并用软件做了仿真 。 关键词 : 混合动力 控制电路 摩托车 An Investigation in the Structure and Control of Hybrid Electric Motorcycle 1 2 1 1Zhao YongfengL i BojunShen YumingYu Xiaoli ( )1 - College of Mechanical and Energy Engineering , Zhejiang University Hangzhou 310027 2 - China Xingyue Group Co . Ltd. Abstract :The structure and control of motor and engine is crucial to the performance of hybrid electric motorcycles. In variant road conditions , the engine operates at stable state . When the road resistance increases , the storage battery drives the motor to provide the auxiliary power. The motor can also works as a generator to reclaim the surplus power form the engine . There is a DC2DC converter to bridge the battery and motor. Based on the working principle of the controller , a simple , efficient converter topology is presented and simulated. Key words : Hybrid power , Control unit , Engine 的动力之一 。混合动力应用于摩托车的技术难点是动 1 前言 5 ,6 ,74 。本文提出了 力系统的结构布置和控制策略目前 ,摩托车行业的技术创新工作直接面临着石 一种并联式结构 ,并对动力匹配和控制电路进行了设 油资源危机与环境污染控制的严峻挑战 。对于传统发 计和仿真 。() 动机 汽油机摩托车而言 ,电控缸内燃料直接喷射技 术的开发与应用代表了当今先进水平 。例如 ,以 OR22 动力驱动系统的布置形式 ( ) B ITAL 公司的 SEFIS Small Engine Fuel Injection System 图 1 是所研究的并联式混合动力摩托车的动力驱为代表的电控缸内直喷系统能很好地解决燃油短路损 动系统结构示意图 。发动机及后轮驱动部分沿用了传 失问 ,实现缸内分层燃烧 ,显著减少发动机燃油消耗 统发动机摩托车的基本结构形式 ; 前轮添加了轮毂直 1 和污染物排放。另外 ,摩托车还可以通过动力形式 流电机 ,该电机兼具电动机和发电机双重功能 ;蓄电池 的变更 ,实现能源的替代和排放的净化 , 如电动摩托为电机提供能量和接受再生的电能 。当摩托车运行在 车 ,但由于目前的电池比能量太小 ,电动摩托车的续驶 轻载工况时 ,发动机的富余动力通过控制器和发电机 2 ,3 里程通常只有 50,90km 左右。 对蓄电池进行充电 ;反之 ,当行驶阻力增大或需要加速 混合动力在汽车上的应用已进入产业化 、商品化时 ,由发动机驱动后轮的同时 ,控制器将发出指令 ,要 阶段 ,它可以克服纯电动驱动方式的“里程限制”,被公 求蓄电池向电动机供电 ,驱动前轮 。 认为是现阶段能够满足能源替代和排放净化的最可行 换 ,并要求电流能在蓄电池和电机之间可逆流动 ,因此 采用开关型电压变换电路 。 图 2 为控制电路原理图 。IC 电路产生两路频率固 定 、高电平宽度可调的方波 P、P, 分别驱动功率开关 1 2 Q、Q。设方波 P、P的周期都为 T ,而高电平持续时间 1 2 1 2 () 分别为 DT 和 1 —D - 2dT。为了防止 Q、Q同时导通 1 2图 1 动力系统结构示意 1 蓄电池 2 发动机 3 离合器 4 后轮 Q 、Q 形成短路 ,在 P 和 P 间设计有死区 而导致蓄电池 、1 2 1 2 5 前轮和轮毂电机 6 电机控制器 dT 。L 和 G, C, 组成 LC 振荡电路 , 使 Q、Q在管端电 1 2 1 2 动力匹配关系3 压为零值的条件下开通与关断 ,减小功率开关管的开关 节气门开度不变时 , 发动机的速度特性表现为后热损耗 。 轮输出转矩 T是转速 n 的函数 : e ( ) ()T= f n整车的1 e 转矩方程 : T+ Tm e ()= Fr 2 式中 F 为总阻力 ; r 为后轮有效半径 ; T为轮毂电 m 机的转矩 : ()3 T= K8 L ( )2 CV V - V 2 CV 0 0 m0t= t+I= I+ T 1 0 1 0 IL I I > - 。此时 D 的可调范围为00m 8 L 电路方程为 8 L | I| 8 L | I| mm( )1 - 1 - 1 + 1 - V t - t m 1T T V = 0 I = I- 1 < D < L 2 2 L I 1设计电路时应根据电机电流 I 选取适当参数 T t = t时 : I= 0 , t= t+ 。Q导通 , I 反向 , Vm 2 2 2 1 2 V m 和 L , 使 D 能在尽量大的范围内可调 。 被 Q箝制在零位 。电路方程为 2 5 结论 ( )V t - t m 2 V = 0 I = - L 通过本文分析 , 得出以下结论 : () t = t= t+ 1 -D - d T 时 : P变为低电平 , Q 3 0 2 2) 1发动机和蓄电池能够完成动力的合理匹配 , 使 ( V t-) t m 3 2发动机保持在最佳区域运转 , 给改善排放创造了条件 。 , 重新构成 L C 振荡电路 。电 关断 , I= - 3 L ) 2理论分析和仿真结果说明文中给出的电路控制 路方程为 方法是可行的 , 为工程设计提供了依据 。 ( )( ) It - t V t - t 3 3 m 3 V = I = I- 3 2 C L 参考文献 t = t时 : V = V , D导通 , V 被 D箝制在 V 。同 4 b 1 1 b 1 Nicholas Coplin. Application of air assisted direct injection to 时 P变 为 高 电 平 , Q处 于 可 导 通 状 态 。 t= t+ 1 1 4 3 high performance sports motorcycles. Seminar on Engine Tech2 2 CV 2 CV V bb m。电路方程为 , I= I- nologies from Motorcycles ,PTT ,Bangkok ,Thailand , 1996 陈华4 3 IL I 33新 ,刘庚寅 . 电动摩托车动力性与经济性计算 . 摩托 2 ( ) ( )V - V t - t b m4 ()车技术 ,2000 8 V = V I = I+ b4 L 罗玉涛 ,俞 明 . 电动车制动能量再生反馈控制研究. 机 3 L I () 4床与液压 ,2002 5:162,164 。Q导通 , I 反t = t时 : I= 0 , t= t- 5 5 5 4 1 V V - 沈继军 ,俞 明 ,黄榕清. 一种混联式混合动力驱动系统 m b 4 () 的性能分析 . 华南理工大学学报 , 自然科学版 ,2002 6: 向 , V 被 Q箝制在 V 。电路方程为 1 b 90,92 ( ) ( )V - V t - t b m5邵定国 ,崔巍 ,汪信尧等. 基于 DSP 的混合动力摩托车控 V = V I = bL () 制系统 . 微特电机 , 2002 ,30 2:25,26 ,32 5 t = t= t+ T 时 : 一个周期完成 。 P为低电平 , 6 0 1 任恒良 ,姚勇涛 ,张逸成 ,沈玉琢 . 电动汽车用直 —直变换 Q关断 。器及控 制 方 法. 同 济 大 学 学 报 自 然 科 学 版 , 2003 , 031 1 6 () 005: 591,594 周期末电路状态与周期开始时相同 , 有 刘长江 . 零电压谐振开关 DC - DC 降压变换电路工作状 ( ) ( )V - V t- t b m6 5() 态分析 . 锦州师范学院学报自然科学版 ,2001 ,22 2: 61 V= V I= I= 0 b0 6 L ,64 7 ( )将各阶段的时间 t ,电流 I ,电压 V 代入上式并整 收稿日期 2003 - 10 - 21 理得 : 2 ( )2 CVI - I b 3 1 ( ) V - D + dV = m b I I T 1 3 C 由 = 0 , d = 0 可得 V = DV 。仿真结果也证实 ,m b T 29 小型内燃机与摩托车 20041?